松辽盆地北部青山口组一段泥页岩储集层特征

李占东，王义军，胡慧婷，王海生，张海翔，李　阳，朱晓萌

（1.东北石油大学a.石油工程学院；b.地球科学学院；黑龙江大庆163318；2.中国石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163000；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁盘锦124010；4.大庆职业学院，黑龙江大庆163255）

松辽盆地北部青山口组一段泥页岩储集层特征

李占东1a，王义军2，胡慧婷1b，王海生3，张海翔1a，李阳4，朱晓萌1a

（1.东北石油大学a.石油工程学院；b.地球科学学院；黑龙江大庆163318；2.中国石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163000；3.中国石油辽河油田分公司，辽宁盘锦124010；4.大庆职业学院，黑龙江大庆163255）

泥页岩层系储集层的性质是决定页岩油藏存在与否的关键因素之一。以松辽盆地北部白垩系青山口组一段泥页岩层系为例，对其烃源岩地球化学特征、矿物含量以及储集空间特征等开展了研究，结果表明：青一段泥页岩层系有机质丰度较高（有机碳含量大都在1%~3%），干酪根类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，且大部分泥页岩层系正处于生油高峰阶段；脆性矿物含量适中，发育大量不同类型的孔隙，为排烃提供了有效的通道，也为残留在泥页岩层系中的油气提供了充足的储集空间。青一段泥页岩层系整体含油性较好，估算页岩油资源量为78.37×108~97.97×108t.

松辽盆地；白垩系；青一段；泥页岩；页岩油；储集层特征

页岩气目前已成为全球非常规天然气勘探开发的热点，而页岩油的相关研究尚处于起步阶段。一般认为，富有机质黑色页岩主要作为生油岩，或为阻止油气继续运移、逸散的封盖层，而非油气储集层，故长期未被纳入油气勘探开发之目的层系。但在大量钻遇富有机质黑色页岩中发现了丰富的油气显示，证明富有机质页岩中存在页岩油资源[1]。

本文以松辽盆地北部（图1）白垩系青山口组一段泥页岩为研究对象，针对其地球化学特征、储集空间及沉积环境开展了系统研究，以期对页岩油气的研究提供一些有益的思路。

1　地质背景

研究区青一段泥页岩形成于受海侵事件影响的深水—半深水湖相还原沉积环境，是最有利的烃源岩系，青一段沉积时期湖泊最大面积达8.7×104km2，大范围的水体形成了大面积深湖相暗色泥页岩，成为整个松辽盆地最为重要的烃源岩。松辽湖盆在青山口组沉积期湖泊具有较高的生产力，水生物十分发育，介形虫化石在地层中堆积成层或形成介形虫灰岩。从微体生物化石的数量分析，湖泊的浮游生物相当繁盛，蓝藻、绿藻、裸藻和半咸水甲藻等浮游生物成为非海相湖盆生油母质的重要来源。湖盆长期继承性的深水凹陷导致湖泊底部形成稳定的底层缺氧环境，有机质快速沉降到湖泊底部并把降解作用最小化，有机质被高度保存，同时，快速的海侵式非补偿沉积，对于松辽湖盆形成生油母质性质好、转化率高、生油潜力大的烃源岩提供了重要的物质保障[2]。

图1　松辽盆地构造划分及研究区位置

2　页岩油形成条件

从北美页岩油气的勘探开发成功经验来看，其面积大且稳定分布的海相泥页岩对于其页岩油气的生成和储集具有重要意义[3]。松辽盆地白垩系青山口组泥页岩有机质丰度较高，类型好，生烃潜力大，具有陆相页岩油气藏形成的物质基础。

2.1页岩分布特征

对于页岩油气藏来讲，广泛分布且具有一定厚度的泥页岩，是形成页岩油藏的物质基础，也是影响页岩油资源丰度的主要因素。富含有机质泥页岩的厚度越大，页岩油气资源量越大[4-5]。青山口组是晚白垩世第一次湖泛期形成的大型湖泊相和三角洲相沉积，源储匹配好。其中，青一段泥页岩是在深湖—半深湖相背景下发生的两次基准面下降事件致使三角洲向湖泊推进的沉积结果。早期的湖侵使湖泊面积突然扩大，湖泊范围至少接近现今盆地边界，之后发生的第二次基准面下降事件，使三角洲不规则向湖泊延伸，湖区缩小，但仍可达到10×104km2，沉积厚度最大的地区主要位于中央坳陷区（包括齐家—古龙凹陷和三肇凹陷）[6]，其中以齐家—古龙地区泥页岩厚度最大（图2）。

2.2页岩地球化学特征

由于泥页岩集生烃、储集和保存等条件为一体，其有机地球化学条件制约了页岩油的生成、储集和保存的各个环节[7-8]。北美Barnett页岩的油气分布、含油气饱和度以及生产能力主要取决于有机质丰度及热成熟度，有机地球化学指标是页岩油有利区带评价的重要参数，一般来说有机碳含量要高于2%，且需要一定的热演化程度。

图2　松辽盆地北部青一段泥页岩厚度分布

（1）烃源岩有机质丰度有机质丰度是生烃强度的主要影响因素，直接决定着生烃量的多少，且页岩中有机碳含量与页岩油气的生烃率具有较好的正相关性。通过对松辽盆地北部青一段230块烃源岩样品的检测，大多数烃源岩的有机碳含量分布在1%~ 3%，部分烃源岩有机碳含量为3%~8%，少部分小于1%，这可能是受烃源岩的发育环境影响所致。但总体来讲，青一段烃源岩仍属优质湖相烃源岩。

（2）烃源岩有机质类型研究区青一段烃源岩中有机显微组分占全岩比例较高，为41.4%~91.6%，一般大于60%，反映了烃源岩中具有丰富的有机质。该套烃源岩中主要显微组分为腐泥组[5]，干酪根的氢碳原子比平均1.22，氧碳原子比平均0.06，有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ1型，存在少量Ⅱ2型（图3）。

（3）烃源岩热演化程度文献［7］对松辽盆地主要烃源岩的生油门限进行了厘定，认为三肇凹陷的生油门限深度约1 450 m，生油高峰深度约2 000 m；齐家凹陷的生油门限深度为1 550 m，南侧的古龙凹陷生油门限深度约为1 400 m.虽然不同凹陷的生油门限深度并不一致，但在平面上表现出明显的变化规律，即由北向南，生油门限深度逐渐变浅。这与地热梯度增大的方向一致[9-10]。目前来看，青一段烃源岩的底界在中央坳陷区几乎全部达到成熟阶段，其中在齐家—古龙凹陷的大部分地区达到了高成熟阶段，青一段烃源岩的顶界在中央坳陷区除大庆长垣的部分地区处于低成熟阶段外，大部分都已经达到成熟阶段，其中在齐家—古龙凹陷的东部地区达到了高成熟阶段；在中央坳陷区以外的大部分地区只进入低成熟阶段。表明中央坳陷区青一段烃源岩基本进入成熟阶段，在齐家—古龙凹陷，已进入了高成熟阶段。在高成熟阶段，烃源岩生成的油以轻质油和凝析油为主，其要比在低成熟阶段或成熟阶段早期生成的油具有更强的流动性，这对于页岩油的工业开采来讲，具有一定的积极作用。

2.3页岩储集层特征

（1）脆性矿物含量脆性矿物含量是影响页岩微裂缝发育程度、含油性和压裂改造方式的重要因素。页岩中高岭石、蒙脱石、水云母等黏土矿物含量越低，石英、长石、方解石等脆性矿物含量越高，岩石脆性越强，在外力作用下越易形成天然裂缝和诱导裂缝，利于页岩油的开采。中国湖相富有机质页岩脆性矿物含量总体较高，可超过40%，如鄂尔多斯盆地延长组长7段湖相页岩石英、长石、方解石、白云石等脆性矿物含量平均达41%，黏土矿物含量低于50%.通过对松辽盆地北部白垩系青一段页岩进行全岩X射线衍射分析可知，该套页岩中黏土矿物占48.7%，其他的非黏土矿物中主要以石英（25.9%）、钠长石（14.4%）、方解石（3.3%）、白云石（3.3%）和黄铁矿（3.6%）为主，脆性矿物含量超过50%.总体来讲，其矿物的组成与鄂尔多斯盆地延长组长7段湖相页岩相似。因此，松辽盆地北部白垩系青一段泥页岩也同样具备页岩油勘探开发价值。

（2）微孔隙、微裂缝发育程度作为非常规油气资源页岩油的储集层，烃源岩既是页岩油形成的物质基础，同时也是页岩油气的储集层，因此其对盖层的要求不是很苛刻。页岩中存在的大量微孔隙、微裂缝，一方面能够为油气的排驱（初次运移）提供通道，另一方面也能够为残留在页岩（烃源岩）中的油气提供有效的储集空间。热成因型页岩油气藏主要靠微裂缝、微断层及微孔隙就近运聚，大断裂则对页岩油气的保存起破坏作用，因此，强烈的构造活动不利于页岩油气藏的保存。

一般页岩发育毫米—厘米级纹层，页岩油储集层中广泛发育纳米级孔喉[11-12]，孔径主要为50~300 nm，局部发育微米级孔隙。该套烃源岩中孔隙主要以微孔和介孔为主，大孔所占比例相对较少，孔隙度较低，为1.20%~3.87%，平均2.17%，孔容为1.8~30.0 mL/mg，平均9.49 mL/mg；比表面积为0.91~31.02m2/g，平均7.02 m2/g[13]。通过采用扫描电镜和场发射电镜对青一段页岩中的微观孔隙空间进行系统观察发现，青一段页岩中存在大量不同类型的孔隙，包括基质晶间孔隙、颗粒间孔隙、有机质孔隙、晶内孔隙、溶蚀孔隙及微裂缝等[14]（图4）。微裂缝在页岩油储集层中非常发育，类型多样，以未充填的水平层理缝为主，干缩缝次之，近断裂带处发育直立或斜交的构造缝。大部分页岩发育较好的片状结构，有黏土矿物片状结构、碳酸盐矿物片状结构、有机质片状结构、黄铁矿片状结构等多种类型[15]，页岩油广泛赋存于这些片状层里面或与其平行的微裂缝之中。当然，在页岩体系中微裂缝的存在，也可以对页岩中不同类型孔隙进行有效的沟通，使其成为一个具有较强输导和储集性能的微裂缝-孔隙系统。

图3　松辽盆地北部青一段烃源岩有机质类型

（3）含油性分析页岩内赋存的烃类包括气态烃、轻质油和重质油3部分。用游离烃含量（S1）、氯仿沥青A含量和有机碳含量衡量页岩油含量时，结果有一定的差异。游离烃含量无法反应原油中重质部分烃类的含量，而氯仿沥青A含量则不能反应C14以下烃类的含量，可以说二者的观测值均低于实际残留在页岩中的残留烃量，并且残留烃量受页岩热演化程度的影响较大，因此在衡量页岩储集层含油量时需要进行必要的校正。有机碳含量相对稳定时，游离烃含量和氯仿沥青A含量具有较好的相关关系，可用于页岩体系含油量评价。如研究区青一段页岩，其氯仿沥青A含量与有机碳含量（图5）以及游离烃含量与有机碳含量（图6）呈现很好的正相关关系。当然还有其他一些指标也可用于评价页岩油含量，如黄铁矿含量常与页岩油含量正相关等。

图4　松辽盆地北部青一段泥页岩层系中不同类型的孔隙

图5　松辽盆地北部青一段烃源岩有机碳含量与氯仿沥青A含量关系

图6　松辽盆地北部青一段烃源岩有机碳含量与游离烃含量关系

3　页岩油资源量估算

文献［16］对不同沉积盆地类型、不同地质时代及成熟度系列剖面烃源岩样品的残余热解生烃潜力研究表明，湖相优质烃源岩具有类似的生烃与排烃模式，即随着烃源岩成熟度的增高，其生烃量、排烃量与排烃效率逐渐增大，在低成熟阶段相对排烃效率与累计排烃效率均较低，生油高峰阶段（Ro约1.0%）累计排烃效率达到50%~60%，也就是说，目前仍有40%~ 50%的油气尚存在于青一段泥页岩中，那么对于松辽盆地北部白垩系青山口组一段的优质湖相烃源岩来讲，运用化学动力学法计算的青一段泥页岩现今的总生油量大约为195.93×108t，累计排烃效率按50%~ 60%计算，现今仍有78.37×108~97.97×108t的油量赋存于青一段泥页岩层系中。

需要说明的是，本文所估算的青一段残留油量仅为理论计算值，对于页岩油的工业开采来讲，还需要考虑页岩油资源的有效性，即页岩油的经济可采性，泥页岩层系中储集空间的有效性及可压性等问题。

4　结语

松辽盆地北部白垩系青山口组一段泥页岩层系有机质丰度较高（有机碳含量大部分为1%~3%），有机质类型较好（以Ⅰ和Ⅱ1型为主），且大部分泥页岩层系正处于生油高峰阶段，脆性矿物含量所占比例超过50%，适用于页岩层系的压裂开采模式，该套泥页岩层系中发育了大量不同类型的孔隙，一方面为排烃提供了有效的通道，另一方面也为残留在泥页岩层系中的油气提供了充足的储集空间。青一段泥页岩层系整体含油性较好，估算的页岩油资源量约为78.37× 108~97.97×108t.

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Shale Reservoir Characteristics of Qing⁃1 Member of Cretaceous Qingshankou Formation in Northern Songliao Basin

LI Zhandong1a,WANG Yijun2,HU Huiting1b,WANG Haisheng3,ZHANG Haixiang1a,LI Yang4,ZHU Xiaomeng1a
(1.Northeast Petroleum University,a.Institute of Petroleum Engineering,b.Institute of Earth Sciences,Daqing,Heilongjiang 163318, China;2.No.1 Oil Production Plant,DaqingOilfield Company Limited,Daqing,Heilongjiang 163000,China;3.PetroChinaLiaohe Olifiled Company,Panjin,Liaoning 124010,China;4.DaqingVocational College,Daqing,Heilongjiang 163255,China)

The reservoir quality is one of key factors for judgment of existence of the shale reservoir.Taking the Qing⁃1 member shale of Cretaceous Qingshankou formation in Songliao basin as an example,its geochemical characteristics of source rocks,mineral content and reservoir space characteristics were studied.The results indicate that the shale of this member is characterized by high abundance of organ⁃ic matter with TOC of 1%⁃3%,I and II1 types of kerogen,at the peak stage of oil generation,moderate content of brittle minerals,and large number of different types of pores,which not only provide effective channels for hydrocarbon expulsion,but also offer sufficient spaces for the residual oil and gas in the shale.The Qing⁃1 member shale has a high oil potential on the whole,and the estimated shale oil resource amounts to 78.37×108~97.97×108t.

Songliao basin;Cretaceous;Qing⁃1 member;shale;shale oil;reservoir characteristic

TE112.23

A

1001-3873（2015）01-0020-05DOI：10.7657/XJPG20150104

2014-08-15

2014-11-18

教育部重点实验室开发性课题（NEPU-EOR-2014-010）

李占东（1979-），男，吉林公主岭人,副教授,博士,油藏描述，（Tel）13644593771（E-mail）13644593771@163.com.